BeamGuard：面向6G毫米波V2I链路的风险感知多模态波束预测与自适应虚拟波束宽度控制

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：BeamGuard: Risk-Aware Multimodal Beam Forecasting and Adaptive Virtual Beamwidth Control for 6G mmWave V2I Links

　　

摘要：

6G 毫米波（mmWave）车对基础设施（V2I）链路中的可靠波束管理是一个核心挑战，其中窄波束提供高阵列增益，但容易受到移动性引起的失准、遮挡和域变化的影响。BeamGuard 是一个多模态感知辅助的波束管理框架，它结合外部感知与可选的部分带内毫米波功率观测，以预测未来波束分布并选择自适应虚拟波束宽度动作，从而实现可靠的 V2I 控制。它利用时间多模态预测器融合摄像头、雷达、激光雷达、GPS 和毫米波功率观测数据，然后通过风险感知规划器将预测的后验概率转换为波束中心点和虚拟码本级波束宽度。此处，虚拟波束宽度指的是码本索引空间中的相邻波束覆盖，而不是物理模拟宽波束合成。BeamGuard 支持仅传感器运行以减少波束训练开销，支持带有掩码波束功率条目的有限带内运行，以及包含感知侧和通信侧测量的完全混合运行。我们在 DeepSense 6G 场景 32 和 33 上评估了 BeamGuard，并在场景 31 和 34 上进行了额外的留出测试，涵盖昼夜训练、迁移、有限适应、消融实验、预算扫描和轻量级基线。作为完整系统参考的全混合锚点实现了约 0.393/0.778/0.897 的 Top-1/Top-3/Top-5 准确率，而规划器实现了约 0.0060 的基于阈值的中断概率和约 0.895 的增益比。匹配预算的基线进一步表明，在可比的带内观测设置下，BeamGuard 优于多层感知器、循环网络和时序卷积预测器。这些结果通过多模态预测和风险感知的虚拟波束宽度控制，展示了稳健且开销感知的波束管理。